Whistle Down The Wind

1953年，一位叫做Walter Steiger的天文学家加入了当时规模还很小的夏威夷大学物理系，正是从那时起，他发现了Hawai’i岛上的群上作为太阳物理观测基地的潜力，并由此开始了在Hawai’i岛上建立一座太阳观测站的努力。当时他看中的台址主要有三处，13680英尺高的Mauna Loa和13784英尺高的Mauna Kea均位于夏威夷大岛上, 而稍矮一些的Haleakala山 (高10,025)则位于Maui岛上。Mauna Loa是一座活火山，且地理位置偏远而不宜到达，因而首先被排除了，Mauna Kea虽然是和Hawai’i本岛一起形成的火山口，但是现在已经不再活跃，是一座死火山或者休眠火山，然而她和Mauna Loa一样，其地理条件非常不利于交通运输和电力输送。Haleakala虽然相比于Mauna Loa和Mauna Kea来要矮得多，但是其10025英尺的高度还是远胜于当时世界上绝大多数的太阳观测站，事实上，仅有位于Colorado, Climax的高海拔观测站(高度在11000英尺)比她要稍高一点点。而Haleakala最大的优点是她更易于把道路铺设到山顶，并保证能源的供给。1955年，对Haleakala的正式台址考察在研究生John Little的协助下开始了。

看一个台址是否适合太阳观测，尤其是太阳日冕的观测，最主要的，要看当地的日面边缘天空背景的亮度。利用一架Evans式天空背景光度计，Peter Steiger和John Little在一年的辛苦观测后证实，Haleakala的确是一个出众的太阳物理观测台址，无论是在天空背景亮度还是在每年可观测天数上。可惜的是，当时建设天文台所需的资金还没有到位，Hawai’i迈向现代天体物理学的第一步还要稍作等待。

研究生John Little在用天空背景光度计进行观测，时间为1955年

与此同时，即将到来的世界地理年(International Geophysical Year: 1957-1958年)将Hawai’i岛置于了一个非常重要的位置上。Hawai’i岛因其独特的经纬度和地理条件，在当时进行的几个世界范围的地理观测网中都有独一无二的地位。因而，这也是一个吸引更多的资金开展更多方面的科学计划的非常好的机会，尤其是太阳观测，在国际地理年的各项观测计划中，也有很重要的作用。然而，当时的资金和紧迫的时间都不够在Haleakala山上建设天文台了。如果暂时抛开日冕的研究，一个位于海平面附近的台址也是完全可以接受的。在Oahu岛上的一个叫Makapu’u Point的地方，就刚好有一处很不错的台址，虽然这里的海拔只有300多英尺，但这里有一座被当地电话公司遗弃又很坚固的建筑物可以直接使用，为观测站的建立提供了极大的便利。1957年7月1日，世界地理年正式开始，由官方运作的一些观测计划开始在这个并不起眼的小天文台里运作起来。

夏威夷大学位于Oaha岛上Makapu’ul的太阳天文台

安置在Makapu’ul的太阳望远镜的定天镜

Makapu’ul太阳望远镜的室内部分，由复杂的棱镜和滤镜系统以及一架35mm照相机组成

在天文台室内的光具座上，一架太阳耀斑望远镜被安置妥当，能够跟踪太阳运动的定天镜则位于室外，并通过墙上的一个洞将太阳光投向室内的望远镜。在望远镜的一端安置了一个带宽为0.5埃的H-alpha滤镜，并有一架35mm照相机每隔2分钟拍摄一张太阳的照片，每天获得的胶片都会被送往Hawa’i大学，在显微观察仪的帮助下，科学家仔细测量太阳的活动情况，尤其是发生在日面的耀斑现象。每天晚上，观测数据都会通过军用通讯系统送往位于美国科罗拉多洲的Boulder的世界数据中心(World Data Center)储存并进行下一步的研究。

除了光学波段的观测外，在Makapu’ul的观测站还安置了一种叫做间接日冕探测仪的设备，这是一架由科罗拉多的高海拔天文台的太阳物理学家们设计的实验设备，它由两个射电接受机组成，其中一个设备调制到18KHz处，连接着电缆状的天线，而另一个则在18MHz处观测，且是与一个笔直的指向天顶的杆状天线相连。在射电波段的观测除了能对光学数据提供补充之外，最大的优势是它几乎不受天气的干扰，即便在太阳被云层遮挡，光学望远镜完全无法观测的时候也能够正常的进行观测。低频的接收机用来探测来自地球大气内的自然射电噪声，这些噪声由闪电产生，并可以通过在电离层内的反射传播很长的距离，而当日面上有耀斑发生的时候，来自太阳的强烈紫外线和X射线会大大增加地球大气中电离层的电离程度，使之反射射电波的能力显著的增加，这时，低频天线就会接受到比平时强很多的射电噪声。而高频端的天线主要用来探测“外来的”射电噪声，即来自地球外的射电背景，当耀斑发生的时候，大气电离度的增加会相应增加对来自宇宙的射电辐射的吸收，因而天线接受到的射电辐射强度较平时会有所下降。两个天线从不同的角度入手，可以对太阳耀斑活动进行有力的监测。

Makapu’ul太阳天文台拍摄的H-alpha波段的太阳图像

其实除了这些间接的探测手段之外，对太阳进行直接的射电观测也对我们理解太阳活动有很大的帮助，因为太阳本身就是一个很强的射电源。所以，也是在世界地理年期间，来自Hawai’i大学物理系的Iwao Miyake教授就着手建造了一架工作在200MHz波段的太阳射电望远镜，并将它安放了离Makapu’ul观测站不远的地方。这架射电望远镜的天线部分来自一个多余的海军雷达，直径只有10英尺左右，天线被安置在了可以跟踪太阳运动的赤道式基座上。在200MHz波段可以观测到来自太阳的射电噪声爆发(也称为射电噪暴)，太阳物理学家们通过多年的研究发现，这种射电爆发现象与太阳表面的剧烈物质运动有关，尤其是在有物质从太阳表面以很高的速度被抛射到外部高度电离的大气中去的时候。

由海军雷达改造成的太阳射电望远镜

世界地理年产生了很大的公众影响力，但是在很大程度上，这种影响力其实来自人类历史上第一颗人造地球卫星的发射。从一开始，世界地理年活动的组织者们就在这颗人造地球卫星的观测上投入了很大的经历和热情，尤其是在对确定卫星位置并跟踪其运动上，毕竟这也是人类历史上对于人造天体进行观测。为了完成对卫星位置的连续观测，一些热情的公众自发组织起来，成立了一个当时称为MOONWATCH(守望卫星)的业余组织。而为了更精确的跟踪卫星，他们的设想是建立起一个由分布在全球的12架超施密特照相机组成的观测网，而在这个网中，Hawai’i又一次的承担起了填补太平洋这个巨大空缺的重要作用来。在1957年早期，Peter Steiger就在Hawai’i岛上组织了来自社会各界的志愿者开展MOONWATCH观测，而观测地点就选在了Makapu’ul太阳观测站，虽然这里的主要科学功能是在白天观测太阳，但是其地点远离城市灯光的干扰，并且又有完善的电力和通信保障，的确也是一个简单夜间观测的良好台址。观测用的望远镜是在大学物理系的车间里制造的，望远镜的基座也是这些志愿者们亲手搭建起来的，虽然卫星几次推迟发射颇让人沮丧，但是利用这段时间，他们也不断的训练，提高观测技巧。终于，在1957年10月4日，这颗被称为”Sputnik”的神奇天体终于出现在望远镜的视野里，这些志愿者们的辛苦付出终于得到了报偿－－他们成为了历史上第一批看到人造天体的人类之一。在这样一个激动人心的年代里，不仅Hawai’i岛在天文观测上的作用愈加重要，岛上热情的公众们也更加积极的参与到科学活动本生中去，而不是仅仅当一个默默的旁观者。虽然Hawai’i岛的自然条件是得天独厚的，但是通过许多热情的天文学家的努力培养起来的良好的天文学氛围也对岛上天文学的发展起到了推波助澜的作用吧。

Haleakala的年代

1956年，来自美国麻省Smithsonian天体物理中心的天文学家Fred Whipple(中文常译作惠普尔，以提出了彗星的”脏雪球”模型而著称)写信给他的一位老朋友C. E. Kenneth Mees询问关于人造卫星跟踪观测的问题。这位Kenneth Mees是一位出色的物理学家，而且同时，他还曾经担任过著名的Eastman Kodak公司的副研究主任和Kodak公司彩色胶片的开发者。而他之所以被天文学家所熟知则是因为他在研究天体摄影用的高感光度底片方面颇有建树，并且他一直坚持以只成本价将底片出售给天文学家也颇得人好感。在Whipple的信中，他向老朋友Mees询问有没有在Hawai’i建立一个人造卫星跟踪站的可能，Mees在收到信后立刻联系了Hawai’i大学的Peter Steiger以了解具体情况，并随后提出了他的提议：由Peter Steiger主持开展计划，他会捐出当时市值15000美金的Kodak公司股票作为项目资金。Steiger立刻接受了这个提议，不仅仅因为人造卫星观测的重要性，更在于这提供了一个重要的机会，能让大学有能力购买土地和设备，建设早就在规划中的太阳观测站，而地点，Steiger心中念念不忘的当然还是当年考察过的Halekala山。

Steiger和Whipple在Mees位于Honolulu的家中讨论项目的细节

其实，在天文学家之前，就已经有科学项目涉足了当年作为候选的三座高山之一：在1956年，美国国家气象局和国家标准局决定在Mauna Loa山顶建设一个气象观测站进行臭氧和CO2的观测，这个观测站在1956年6月正是投入使用，不过除了气象观测之外，这个观测站也和天文有一定的联系，在后来的火星冲日期间，也在那里进行了火星的光谱观测。

位于Mauna Loa山顶的气象观测站，这里后来也进行过一些天文相关的观测

Hawai’i大学在出售了Mees捐赠的股票后终于在Haleakala建设起了一座小小的观测站，尽管这笔资金来之不易而且数额不菲，但还是只够在海拔10025英尺的Haleakala山顶建造两个建筑物：一个由煤渣砖搭成的有可移动屋顶的小屋作为观测站，里面安放着一架用于卫星跟踪的Schmidt照相机，一个简易的木制小屋用来作为观测者的住处。这个项目的不正规性在今天看来简直不像话，从始至终，项目的建设没有签订任何环境协议或者通过任何建造许可，所有的工作就是找到一个承包商愿意在距离最近城镇也有50英里的寒风彻骨的山顶上把房子盖好，当然，15000美元的资金并不是那么富余。好在最后真的找到了这样的一位承包商：来自Maui岛上Kahului的Ed Ige，当然，Hawai’i大学还是参照洲法律条文拿到了土地的合法使用权的，因为遵照当时的规定，大学可以在校外用18英亩的土地作为科学研究的保护用地。

1957年7月1日，Haleakala山顶观测站的卫星跟踪设备已经准备就绪，但是预定的Baker-Nunn照相机还没有落实。鉴于Hawai’i台址的独特地位，Smithsonian天体物理中心决定送一台Schmidt照相机过来，同时还有一位观测助理随相机一起来到Hawai’i，协助安装相机和组织观测。 就这样，Haleakala山顶的第一批观测设备建立起来，第一支观测队伍也组织起来，在海拔11000英尺以上的晴朗天空下，终于有了天文观测者们忙碌的身影。6个月以后，更精良的照相机终于运抵山顶并架设完毕，同时Haleakala山观测站也有了他的第一位常驻观测员。在日后的岁月里，Smithsonia天体物理中心在这里投入了更多的资金用来扩大，改良这里的观测设备。不过随着人造卫星跟踪技术的不断提高，Schmidt照相机的作用日趋降低，直到1976年，Haleakala山的卫星跟踪观测站终于关闭了。

1957年早些时候Haleakala山顶卫星跟踪观测站的情景，条件之简陋一目了然

由Smithsonia天体物理中心送来的Schmidt照相机和第一支观测队伍

后来的Baker-Nunn卫星跟踪照相机

太阳天文台的建立

在Haleakala山上卫星跟踪观测项目进行的同时，为建设一座太阳天文台寻找资助的计划依然在进行之中。世界地理年给地球物理以及相关的一些学科的发展带来了极大的推动，Hawai’i大学意识到了建立起一个地理学研究机构的重要性，于是提出了建立Hawai’i地理学研究中心的计划，而在计划中就包含了建设一座太阳天文台的部分。1961年美国国家科学基金通过了Hawai’i大学的提议并同意提供用于天文台建设的资金，于是计划已定，合同拟好，太阳天文台的计划终于进入了建设阶段。1962年2月10日，奠基仪式在Haleakala山上举行。幸运的是，在接下来的几个月中，山上的天气一直不错，让天文台的基础建设工程得以顺利的进行，同年10月，天文台正式落成。Haleakala天文台和Hawai’i岛上之前所有的天文观测台站相比，真的是不可同日而语，无论从规模上还是条件上，她都远远超过了前辈们工作的地方。除了一个30英尺直径的圆顶外，天文台还有设施良好的辅助建筑，包括观测人员的住处，厨房，天文台的车间，办公室和实验室等等等等。

Haleakala太阳天文台的奠基仪式

刚刚落成的太阳天文台

在接下来的几年里，天文台的内部设置，圆顶的机械装置以及望远镜等观测设备也逐步到位，开始投入使用。在这个新的天文台里安置了一种叫做八角桅杆(octagonal spar)的先进设备，它是一具安放在赤道式跟踪装置上的10英尺长的八边形桅杆装仪器，它的八个边就相当于8个光具座可以用来安置不同的光学设备，这样就可以在保持对太阳的高精度跟踪下，同时使用不同的光学设备来进行观测，效率和精度大大提高。一开始，原来安放在Makapu’ul观测站的日冕望远镜还被搬到这里进行观测，不过没过多久，一架更先进的k型日冕仪就从科罗拉多的高海拔天文台运送到这里投入观测。

安放在天文台圆顶里的八角桅杆和安置于其上的k型日冕仪

1964年1月的一个寒冷但阳光明媚的冬日里，天文台的冠名仪式在Haleakala山顶举行，为了纪念那位曾经为在Kaleakala山发展天文学作出过巨大贡献的科学家，这座新的太阳天文台被命名为C.E. Kenneth Mees太阳实验室。同时，这个天文台作为Hawai’i大学地理研究中心的一部分，也有了自己一个不很正式的名字，Hawai’i大学地理研究中心Haleakala天文台，虽然说来十分麻烦，但是她却有一个非常简洁的英文缩写：HIGHO，一个与她高海拔天文台地位十分符合的名字。

Haleakala天文台的冠名仪式在一个阳光明媚的冬日里举行

在后来的日子里，HIGHO逐渐建立起了自己的天文学家团队，并开始吸引越来越多的天文学家来到Hawai’i岛，这些人中既有出色的科学家，也有卓越的领导者，他们一起继续发展着Hawai’i岛上的天文学，并最终成立了独立的天文学研究和教学机构，Hawai’i也终于正式加入了天文学发展的前沿阵地行列，并最终成为了无数天文学家的梦想成真的奇境。如今，人们提起Hawai’i岛上的天文学，往往想到的是Mauna Kea，想到的是Keck, North Gemini以及Subaru等一批大望远镜在Hawai’i的星空下探索宇宙深处的奥秘，殊不知岛上的正规天文观测却恰恰是从白日下的太阳物理观测起步，40年时间，说短也短，说长也长，从几英寸口径的日冕仪，到10米口径的望远镜，从我们”身边”的太阳到宇宙的最深处，Hawai’i岛把自己变成了一座天文学的纪念碑，碑身上镌刻的正是现代天文学发展的动人足迹，而足迹的发端，就写着Haleakala山天文台的名字

文章翻译自：http://www.ifa.hawaii.edu/users/steiger/amateur_astronomers.htm，已得到作者允许